风光柴互补发电系统中三电平充放电技术的研究

2014-05-07陈雪亮张新民

船电技术 2014年2期

陈雪亮，张新民

陈雪亮，张新民

(武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064)

依据风光柴互补发电系统中蓄电池充放电过程的特点，提出了一种在并网模式下运行的三电平逆变器的自适应滞环电流控制策略。基于Matlab / Simulink的仿真结果表明，该控制策略可以有效地对蓄电池进行充放电控制，实现蓄电池与交流母线间能量的双向流动，满足并网运行的要求。

风光柴互补三电平双向逆变器自适应滞环

0 引言

随着不可再生能源的大量消耗，可再生能源的应用成为世界性的课题。风光柴互补发电系统能同时利用风、光资源，改善了采用单一资源发电时可能造成的供电不足的现象，把柴油机作为后备辅助发电装置，可使系统更加稳定、完善[1]。

本文研究的三电平双向逆变器就是用以实现风光柴互补发电系统中交流母线与蓄电池间的交直流转换以及能量的双向流动。本文首先从三电平双向逆变器的功能出发，对主电路拓扑结构、并网运行模式及控制方案进行了详细的阐述；同时为了满足并网装置对电网侧的谐波要求，降低电网电流THD，提高系统的动态响应速度和抗干扰性，本文采用自适应滞环控制，该控制方法在保持开关频率固定的前提下，依据电网电压、逆变器直流侧电压以及参考电流的斜率动态调制滞环宽度，有效地减小了开关损耗，使得三电平双向逆变器在并网运行模式下的整流、逆变控制都具有较好的适应性和动、静态性能。

1 三电平双向逆变器的工作原理及运行模式

基于纯交流母线供电的风光柴互补发电系统主要由风力发电、光伏发电、蓄电池充放电、柴油发电等单元组成，结构框图如图1所示。

HBO经过专科发展已具有稳定安全的治疗方案，严重不良反应罕见，目前最常见的不良反应是中耳气压伤，其发生受加减压速度和咽鼓管功能影响。由于鼻腔手术后常有黏膜肿胀和分泌物积蓄，故治疗前应保持鼻腔、鼻窦口和咽鼓管的通畅，预防中耳和鼻窦气压伤的发生。本次实验中未观察到实验动物发生明显不良反应。综上所述，早期HBO治疗在鼻腔手术后黏膜的恢复过程中，对抑制纤维结缔组织增生和减少瘢痕形成具有促进作用，可减轻鼻内镜手术后的去黏膜化反应，甚至可能在一部分难治性鼻-鼻窦炎中起到重要的逆转作用。

本文主要研究三电平双向逆变器在风光柴发电系统中并网运行时的整流和逆变控制。三电平双向逆变器并网运行需满足两个条件：1)要使逆变器输出的电压和频率与电网的电压和频率一致；2)要控制蓄电池在充放电过程中电压值、电流值的大小及其流动方向。

系统主电路结构如图2所示，组成系统的两部分为基于IGBT的二极管中点箝位型三电平逆变电路及DC/DC斩波电路构成[2]。在风力资源及太阳能资源充足的情况下，三电平双向逆变器工作于整流模式，将风光发电单元多余的能量提供给蓄电池储存，此时网侧电压先经过三电平电路整流，再由DC/DC变换器降压斩波后供给蓄电池；一旦风光发电单元的输出功率小于负载所需时，或在公共电网出现故障的情况下，双向逆变器立即切换到逆变模式，先将直流侧电压通过DC/DC变换器升压斩波，再由三电平电路逆变成PWM电压经电感滤波后送至交流母线，将能量传送给电网。逆变器在放电过程中对蓄电池端电压进行实时检测，当蓄电池电压达到放电终止电压时，逆变器向柴油发电机发出启动信号。此时，柴油机给负载供电的同时，对蓄电池充电，以防止过放对蓄电池造成伤害。

图1 风光柴互补发电系统的结构框图

图2 三电平双向逆变器主电路结构图

2 系统控制策略

2.1 三电平双向逆变器的控制

当双向逆变器运行于稳态时，忽略变流器自身的损耗，认为交直流侧的功率平衡，则有：

由式(2)、(3)知，通过对内环交流电流i进行控制，可控制流过直流侧电容的电流及其两端电压。

式中：为逆变器交、直流侧的电流传递系数。

式中：为1和2的等效电容

其中：s为交流侧电压的有效值、s为交流侧电流的有效值。由(1)得：

对三电平双向逆变器采用电压电流双闭环控制的控制方案，只要对电流给定进行限幅，就可以令逆变器以恒流方式启动，减小对电力电子器件的启动冲击，有效地保护开关管[3]。为了进一步提高系统的动态及稳态性能，在三电平双闭环控制系统中，将公用电网电压做前馈补偿三电平双闭环控，其控制结构图如图3所示。

本文按照I型系统进行设计电流内环以提高系统电流跟踪的性能。

按二阶最优的指标，令：= 0.707，即可整定出PI调节器的参数。

再由逆变器的数学模型，得到电压外环的开环传递函数

2.3 虫种变化原清远县历史为以间日疟为主、恶性疟和三日疟高度混合流行［1］。20世纪90年代流行虫种间日疟占99.60%（2 250/2 259），恶性疟占0.13%（3/2 259），其他占0.27%（6/2 259）；2006年以来共报告输入病例13例，其中恶性疟占69.23%（9/13）、间日疟占23.08%（3/13）、其他占7.69（1/13）。

2.2 自适应滞环控制

由三电平各桥臂开关的控制逻辑可知，功率管(V1、V3)，(V2、V4)(V5、V7)(V6、V8)开关状态互补。定义开关函数为：

图3 PWM逆变器控制电路结构图

图4 自适应滞环控制框图

在并网运行模式下，对三电平双向逆变器的控制一方面要满足并网运行条件；另一方面，控制蓄电池的充放电电压与电流[5]。

以提高系统抗干扰性及鲁棒性为原则，在给定直流电压情况下，为了在网侧得到高度正弦的电流，本论中针对控制系统采用直流电压外环控制，自适应滞环内环电流控制的方式，改善控制系统的动、静态性能。根据以上分析，自适应滞环控制框图如图4所示。

●When it grows rapidly in summer, herdsmen should mow much grass, have it dried up by airing, and reserve it for winter.

∏型样架：其竖杆直接固定在坡面上的锚桩上，调整竖杆的倾角符合设计要求，再用横杆将所有竖杆连接成一个整体，上下两道横杆作为钻机的固定架，必须保证其水平度，且样架工作面的倾角必须符合预裂孔的倾角，同样经测量校核样架的倾角和横杆水平度，并在横杆上放出钻机固定点位。局部特殊开挖段，如拐角点、弧线段、渐变段等单独架设样架。样架搭设完成后，检查样架的稳定性和刚度必须满足施工要求，利用数显倾角仪配铝合金靠尺复核钻机固定点位连线的倾角和方位角，偏差控制在0.1°。

通过仿真发现，的值总是在2和3之间，且自由度越小、非中心因子越大，二者差值越接近3，也就是说更新半径总是小于因此，理论上算法ESD比算法MSD的计算复杂度更低.

设C1和C2是大小相等的理想元件，则

比较实验组与对照组两组患者临床治疗效果,具体情况(见表1),实验组有2例患者治疗无效,对照组有7例患者治疗无效,实验组患者临床治疗总有效率为95.5%,对照组临床治疗总有效率为86.3%。

按照表4中配方制作的产品外观较好，粘稠度适宜，流动性好，品尝具有典型的虾油特征风味和滋味，运用到菜肴中可以达到预期目的，使菜肴咸鲜适中，可增强产品的外观、风味、浓厚度、爽脆度及肉感等。

同时，在施工当中还可以采用防水防渗涂料，在墙体当中进行防水防渗层的涂抹，在实际的涂抹中需要根据相关要求实施。涂抹方式在选用中尽可能的采用从上往下的方式进行涂抹，涂抹高度不能大于相应的标准值；对于墙面连接的位置需要加强重视，墙面当中多余的水泥浆等都会对涂层防水防渗性能产生影响，因此就需要将墙体处理干净实施涂抹。

可知，最大开关频率为

可见，滞环宽度决定了s的高低。环宽越窄，s越高，负载电流的脉动越小，总谐波畸变越小，电流波形越接近正弦波。但fs的高低与电路的开关损耗成正比，fs的值越高，系统的效率越低。

图5 自适应电流滞环控制原理图

近年来，我国的建筑行业发展取得了显著成效。企业施工管理模式创新是工程质量与工程进度的前提与保障,进而直接关系到整体工程的安全性。施工管理模式创新也对企业在市场竞争中能否占据主导地位起着关键性作用。因此，通过对当下市场竞争发展趋势的研究，侧重分析了工程施工管理创新的重要性与必要性，运用科学、合理、先进的创新思路与模式，使我国建筑企业更好地在残酷的市场竞争中脱颖而出，更为我国建筑行业的稳步发展打下坚实的基础。

1881年，一个名叫鲁道夫·卡尔·施泰特的德国青年用了几年的打工积蓄，在他的家乡维斯马市郊区经营起了一家小小的杂货店。

2.3 DC/DC变换器的控制

从图6可以看出，当蓄电池进行恒压充电时，电压外环为直流电压，通过PI调节保持蓄电池充电电压的恒定；内环为直流电流环，采用滞环控制。当蓄电池以恒流充电或放电时，只有电流内环起作用，滞环输出经隔离后，对直流斩波电路进行控制，满足充放电电流恒定的要求。

（二）带来的挑战。一是随着发达国家政策转向外溢效应日益显现，世界经济中期下行风险逐渐积聚，将在贸易需求、资本流向等方面，对我国经济增长、汇率走势、资产价格、市场流动性等产生消极影响，加大经济金融面临负面冲击的风险。二是随着全球经济增长趋势走缓，美元升值和跨境资本流入增多，美国贸易逆差将持续增长，对华贸易赤字的焦虑感可能会进一步上升，中美贸易摩擦可能更加频繁或趋向长期化。三是部分新兴市场和发展中国家遭受金融动荡或地缘危机冲击，出现政局不稳或政权更迭等重大事变的风险增加，可能会使我国既有经济合作协议停滞或受损，并危及海外资产和人员安全。

图6 DC/DC直流斩波器控制结构图

3 仿真分析

依据上述分析的结果，在Matlab/simulink平台上建立三电平双向逆变器系统的仿真模型。

仿真主要参数如下：交流侧输入电压220 V，频率50 Hz，滤波电感6 mH，直流侧滤波电容470 μF，开关频率10kHz，蓄电池电压240 V。

在这一段简短的语言描述里，作者综合运用了多种修辞方法：运用比喻的修辞，在把“广场”比作“露天公寓”的过程中，形象地再现了苏比生活的贫穷；运用拟人修辞，通过“打招呼”这一动词性的短语，把北风预示的寒冷以及这些寒冷给予像苏比一样穷人的警告，以一种幽默的方式体现在语言描写之中；运用借代，作者把像苏比一样的广场流浪汉们，形象地称之为“房客们”。从而在幽默之中表达着一丝讽刺。

图7为系统中蓄电池充电时网侧电压与电流波形。由图可见，逆变器工作在整流模式时，蓄电池充电时网压与交流输入电流相位、频率一致，能量从电网流向蓄电池。

图8为蓄电池恒压充电波形，由于蓄电池充电电压值一般为276～282 V左右，文中选280 V。通过闭环控制，调节斩波器占空比使得直流输出电压稳定在280 V对蓄电池充电。

图9给出了并网逆变时滤波前的网侧波形，图10为滤波后波形。由图9、10可以看出，当逆变器工作在并网运行模式下，蓄电池放电时，网侧电压与逆变输出电流的相位相反，能量由蓄电池流向电网。

图11为网侧电流分别在自适应滞环和固定环宽下的波形比较，由图可见，自适应滞环控制下流过电感的电流能很好地跟随其指令值，有效地抑制了谐波电流。

图7 蓄电池充电时网侧电压与电流波形

图8 蓄电池恒压充电波形

图9 并网逆变时滤波前网侧电压波形

4 结语

本文针对风光柴互补发电系统传统电流滞环控制的不足，提出了一种新型的基于自适应滞环控制的动态调整滞环宽度的三电平双向逆变器并网运行方案，推导出了滞环宽度和开关频率的函数关系，在 Matlab/Simulink中对应用自适应控制算法的单相三电平双向逆变器进行了仿真分析。结果表明，三电平双向逆变器在自适应滞环控制下：整流时，逆变器直流侧输出电压恒定，系统控制精度高和稳定性好；逆变时，逆变器输出交流电流能紧密跟随参考电流变化，正弦度高，功率因数高，在减小了输出电流脉动以及逆变桥开关次数的同时，降低了电流的总谐波畸变率，进一步提高了逆变器的效率。